CHIMICA E CHIMICA APPLICATA - LA STRUTTURA DELL'ATOMO - LEZIONE 1.1

Rappresentazione dell'atomo

L’ATOMO e formato da un insieme di particelle elementari costituite da un nucleo che contiene protoni ed neutroni al quale attorno ruotano gli elettroni. Ha una carica elettrica complessivamente nulla dato che il numero di protoni (positivi) corrisponde al numero degli elettroni (sono negativi).

Il NUMERO ATOMICO che corrisponde alla lettera Z corrisponde al numero di protoni costituiti nel nucleo. E un numero molto importante perchè ci permette di individuare gli atomi dei differenti elementi. La massa di 2 atomi dello stesso elemento possono avere massa diversa in quanto la loro massa varia in base al numero di neutroni presenti nel nucleo.

Secondo il PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEINSENBERG il momento (cioè la massa per velocità) e la posizione di un elettrone non possono essere determinati contemporaneamente, il moto di un elettrone intorno al nucleo viene rappresentato dalla densità della nuvola elettronica.

Un ORBITALE ATOMICO è una funzione d’onda ψ che descrive il comportamento di un elettrone in un atomo. Ogni atomo ha un numero definito di orbitali atomici, ognuno caratterizzato da valori definiti di energia. Solo gli orbitali aventi meno energia sono pero occupati dagli elettroni.

Gli ORBITALI MOLECOLARI sono combinazioni degli orbitali atomici; quando gli elettroni dei singoli atomi vanno ad occupare l'orbitale molecolare avente energia inferiore, succede che l'energia del sistema diminuisce e si forma la molecola.

Un ELETTRONE può possedere solo una data energia in un orbitale, nel senso che non può avere un’energia intermedia a due orbitali. Se l’energia di questo elettrone cambia esso dovrà fare un salto a un livello energetico permesso.

Se l’ENERGIA DI UN ELETTRONE CAMBIA esso dovrà fare un salto ad un livello energetico o cedendo energia o assorbendo energia. La frequenza V dell’energia assorbita o ceduta è data dall’equazione di Bohr: ∆E= E2 – E1 = hV ove h è la costante di planck.

Ogni ORBITALE E INDIVIDUATO da 3 numeri quantici n, l e m chiamati rispettivamente principale, secondario e magnetico.

L’elettrone assume energia passando da un’orbita alla successiva. La stessa energia viene restituita quando l’elettrone ripassa nell’orbita sottostante 

Il NUMERO QUANTICO PRINCIPALE n fissa il livello energetico e le sue dimensioni e può assumere tutti i valori interi positivi : n=1, 2, 3, …. Quando il valore del numero n cresce gli orbitali diventano più grandi, la loro energia aumenta e gli elettroni sono più lontani dal nucleo. Per n:1 abbiamo lo stato a più bassa energia. Il numero massimo di elettroni presenti nel livello n è pari a 2xn².

Il NUMERO QUANTICO SECONDARIO L indica la forma dell’orbitale ed è legato al valore di n e può assumere tutti i valori compresi tra 0 e (n-1). Si indicano i sottolivelli corrispondenti a ciascun valore del numero l=0,1,2,3 rispettivamente con le lettere s, p, d, f. A seconda del valore assunto la forma può essere sferica (s) a 2 lobi (p) a 4 lobi (d) a 8 lobi (f).

Il NUMERO QUANTICO MAGNETICO m stabilisce l’orientamento dell’orbitale nello spazio. Esso dipende dal numero l e può assumere tutti i valori compresi tra –l e +l (compreso lo 0). Per l=0 m assume un’unica orientazione per l=1 m assume 3 valori, -1. 0, +1 e quindi ci sono 3 orbitali ben distinti.

Rappresentazione tridimensionale degli orbitali atomici S P D F

Il NUMERO QUANTICO DI SPIN non è legato all’orbitale ma allo spin dell’elettrone, cioe al senso di rotazione dell’elettrone stesso. Esso viene rappresentato con la scrittura ms= + ½ e ms= - ½ . In senso arbitrario si dice che lo spin ha un senso orario quando ms= + ½ e senso antiorario quando ms= - ½.